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國內外智慧水務信息化建設與發展

國內外智慧水務信息化建設與發展

發布日期:2018-12-10 作者:水工業市場雜志 謝麗芳、邵煜等 點擊:

隨著數據分析應用在水務行業的滲透與發展,水務信息技術對行業的影響日趨顯著,利用自控、感知、智能等技術手段提升城市水系統管理水平備受關注與重視。本文對國內外水務企業信息化現狀進行了闡述,并解析了國外信息化水系統相關技術及案例,希望給您帶來思考與幫助。


一、國內智慧水系統現狀調研與分析


1.政策


(1)住建部、發改委2012年5月印發的《全國城鎮供水設施改造與建設“十二五”規劃及2020年遠景目標》提出:依靠科技,提升水平。加大科技對城鎮供水發展的支撐力度,增強科技創新能力,推進生產運行自動化、業務管理信息化,提升城鎮供水行業的現代化水平。


(2)住建部辦公廳《關于開展國家智慧城市試點工作的通知》(建辦科[2012]42號)提出:建設智慧城市是貫徹黨中央、國務院關于創新驅動發展、推動新型城鎮化、全面建成小康社會的重要舉措。各地要高度重視,抓住機遇,通過積極開展智慧城市建設,提升城市管理能力和服務水平,促進產業轉型發展。


(3)行業標準《城鎮供水管網運行、維護及安全技術規程》(CJJ207-2013)提出要求:有條件的供水單位應開展管網優化調度工作,在保證城鎮供水服務質量的前提下,應降低供水能耗。明確優化調度工作應包括:建立水量預測系統;建立調度指令系統;建立管網數學模型;建立調度預案庫;建立調度輔助決策系統。


(4)國務院印發《國家新型城鎮化規劃(2014-2020年)》智慧城市建設方向第3條:發展智能水務,構建覆蓋供水全過程、保障供水質量安全的智能供排水和污水處理系統。發展智能管網,實現城市地下空間、地下管網的信息化管理和運行監控智能化。發展智能建筑,實現建筑設施、設備、節能、安全的智慧化管控。


(5)國家發改委、住建部等八部委印發《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》(發改高技[2014]1770號):智慧城市是運用物聯網、云計算、大數據、空間地理信息集成等新一代信息技術,促進城市規劃、建設、管理和服務智慧化的新理念和新模式。建設智慧城市,對加快工業化、信息化、城鎮化、農業現代化融合,提升城市可持續發展能力具有重要意義。


2.行業階段歷程


國內大部分水務公司信息化技術的發展經歷了從早期無紙化辦公、局域網、OA辦公系統建設到后期信息化技術在運營管理業務應用的跨越。水系統信息化主要歸納成4個階段歷程。


第一階段:水系統信息化的基礎建設,包括:基礎物聯網構建,數字化信息系統建設,如SCADA監測系統、營收系統等。


第二階段:完善信息化數據建設,建立GIS地理信息系統、以GIS為基礎完善管網資產管理系統、完善SCADA在線監測系統等。


第三階段:實現信息化業務應用系統模塊、基于精準的管網資產數據實現分區計量管理、基于GIS地理信息系統建立移動化巡查系統、建立離線水力模型及水質模型等應用。


第四階段:數據融合實現一體化信息調度平臺,利用物聯網、實時水力模型、大數據分析等技術,整合各類數據源的數據,建立數據中心,通過各類應用算法的支持實現智慧決策的實時綜合調度平臺。


3.行業難點


中國近幾年發展起來的物聯網、互聯網等產業背后是海量數據的支持與發展。然而,這些互聯網產業在工業界包括水務、環保行業的應用并未進行深度滲透交互,物聯網、互聯網技術對工業企業管理、生產模式的影響速度沒有這些互聯網技術本身發展的那么快速,甚至還存在著一定的距離。比如:數據應用前的基礎構建不完善導致的數據質量不高、各模塊之間數據沒有形成互聯互通,同時,工業企業對物聯網、互聯網及大數據應用帶來的企業管理模式這種理念的轉變還存在不一致的看法等。當前行業內發展智慧水務,其主要難點體現在以下幾點:


(1)數據不完善問題。數據不精準、不及時,會限制系統的應用,包括對數據分析以及通過數據分析提供的決策。國內己開展信息化建設的水務企業的技術水平大部分處于上述的第二階段或者第三階段,具備了地理信息系統以及水力模型等信息化工具,但仍然有許多水務企業信息化的基礎建設還處于第一階段,甚至還在為地理信息系統(GIS)數據的精準性做努力。處于第一階段的水務公司如果要實現智慧水務,至少需要完善地理信息系統,完善管網資產數據,建立SCADA監測系統,只有基于SCADA監測系統、地理信息系統、管網資產數據才能建立精準的水力模型,才能跨越到第二、三階段的平臺。沒有這樣完善、準確的基礎數據想要實現智慧水系統是不現實的。


(2)數據孤島問題。從當前國內水務行業的普遍問題看,雖然一些水務公司建立了各類模塊,但是數據是孤立的,沒有實現共享。實現智慧水系統主要的瓶頸在于信息“孤島”的整合,信息互聯互通欠佳,限制、阻礙了更高層次的智慧應用。國內大部分水務公司具備了幾個模塊數據源,例如:SCADA系統、地理信息系統GIS、管維系統、水力模型等,但是卻無法實現實時調度、事故預警等效果,其原因是因為數據并未實現有效的整合,即使有“數據中心”也只是將各類源的數據從一個模塊“機械”地拷貝或導入到另一個模塊數據庫中,當歷史數據過于龐大時,就會導致系統運行緩慢、數據丟失等各類問題。因此,要想最終實現“智慧”的效果,首先要利用高效的數據管理軟件實現數據的統一、分類、分層管理;其次,要重視算法研究的應用,即針對各類供排水生產運營產生的實際問題(如爆管預警、漏損控制、水量預測、污水的溢流和滲漏等)通過數據分析研究精準有效的算法,為水系統平臺提供有效的決策依據。


(3)智慧水務認知問題。智慧水務推行的最終目的之一是實現企業管理架構與管理模式的調整。智慧水系統平臺之所以可以實現“智慧”的效果,并不僅僅因為它投入了傳感器等監測硬件,或者建立了龐大的軟件整合平臺,它的智慧是在建立統一的數據中心前提下,通過對海量數據信息進行及時分析與處理,從而獲得解決業務問題的應用算法,將這些算法集成到軟件平臺上應用,使數據分析結果發揮“大腦”的作用,起到預警、預測等效果,實現更加精細和動態的管理方式以支持水系統的整個生產、管理和服務流程。


二、國外智慧水系統技術調研


1.國外水務公司信息化發展歷程


與國內快速發展的形式相比,國外從經驗模式到智能自控模式的轉變經過了一個較長的探索和發展歷程,國外的水務技術發展重點不是在市場上去尋找智慧系統模塊化或者現成軟件平臺的方向,而更加注重于企業自身數據的采集、分析和應用,包括對硬件如何實現優化布局、如何采用科學技術解決實際運營難題、數據應用的分析研究等等,經歷了一個從生產到研究、從研究到應用的歷程。


2.國外技術現狀


大部分國外智慧水系統由兩塊技術組成,即計算機輔助(IT)和業務技術支持(OT),加強IT-OT的融合是國外水務公司信息化技術的主要工作,IT是提供水系統的IT技術,不僅僅是數據的采集,還需要可視化和分析;OT是提供業務運營應用需求,并將業務需求進一步通過信息化方式實現應用。英國聯合水務的業務技術包括了監測和報告、事件檢測、事件預防、事件診斷、自動應急及優化等應用。


國外信息化的發展應用,除了在水系統本身,還延伸到用戶用水量預測、分析等服務。例如歐盟資助的iWIDGET智慧水務項目,研究內容不僅僅是在水系統方面的技術,更在于用戶消耗水量的數據分析,分析不同類型用水的實時數據、獲得為提高水費發票精準度和靈活性的信息、基于數據分析獲取水的消費趨勢等。事實上越來越多發達國家對未來水務提倡的概念是:建立一個有彈性理念的水系統。也就是通過對系統可能產生的風險進行評估,對系統接納風險的能力進行評估,進而提出系統彈性恢復的建議措施。智慧水系統就是實現彈性水系統的一個工具和措施。


3.智慧水系統給國外水務公司帶來的好處


(1)舊金山公共事業局在系統維護方面每年為員工節省9600 h。


(2)菲律賓邁尼拉德水務公司通過泄漏檢測的實時數據,每天回收6.4億升水。


(3)加拿大卡爾加里城市通過用大數據管理城市防洪,實時掌握流量與水位,并能夠細化了解重要區域的詳情,整個系統采集的數據包括:流量、深度、水位、流向(分流或合流)、溫度、濕度、雨量、天氣數據等,基于洪水風險的預測,卡爾加里市就能完成分流,有效地為防洪排澇提供技術支持。


(4)Vitens公司:智慧水系統可以在2 min內實現爆管事件的識別。


(5)英國聯合水務:通過數據分析可實現第二天的用水量預測。


(6)IBM工業用戶:通過數據分析提供的幫助,半導體制造工廠的水和能源每年可以減少1000萬美元。


三、解決途徑


智慧水系統絕不是買軟件或硬件可以實現,而是要解決“know-how”的問題。智慧水系統平臺建設的組成包括硬件設備公司(提供智能水表,傳感器等),軟件公司(提供實時數據平臺軟件),還有提供系統全套產品的公司及科技互聯網企業。


1.建立有效的信息化團隊,深入信息化開發工作


水信息技術算法在整個系統平臺中發揮著“大腦”的智慧作用,是實現智慧水務不可缺少的一部分內容,在數字信息化的環境下,企業己經無法通過購買現有的軟件模塊或者通過長期依賴于咨詢機構提供的技術服務來維護技術的發展和可持續的應用,企業需要組建信息化建設團隊,包括數據分析和信息工程建設,存儲、利用生產經營數據進行分析,使數據發揮作用,為生產運營提供可靠的支持。只有企業深入參與開發建設,組建核心技術團隊,才能滿足未來的業務需求,自主的優化管理模式。企業要實現算法,可以通過于高校、咨詢機構合作,共同參與研發,以此提高企業自身的技術水平。


2.選擇合適的數據開發平臺


企業需要的是一個定制化的系統平臺,還是一個持續的、可擴展二次開發的動態系統平臺,這個問題決定了企業信息化平臺的建設思路。企業需要合理正確地認識到企業內部的數據類型,再根據數據類型選擇合適的數據庫開發平臺。


借助于高效的實時數據平臺軟件實現對各信息系統(不同時期、不同模塊)的整合與集成,實現對各信息系統中數據、信息的抽取和調用,從而形成一個統一的信息共享平臺。一個企業如果通過信息解決化手段實現數據、功能的靈活應用,也就可以因管理職能劃分導致的業務不統一管理問題。


水務行業己經進入數據信息時代,如何正確客觀地了解一個企業的現狀水平,以及現狀水平與先進技術之間的那段距離是企業邁入新臺階的關鍵。先進的技術之所以是先進的,是因為它發揮了解決問題的效果,但并不是所有先進的技術都可以在照搬照套的模式下形成相同的效果,只有正確了解客觀現狀,才能選擇適合的技術和發展模式,在探索中尋找到有效解決問題的途徑。


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